定向钻孔的工艺和原理

定向穿越的工艺和原理

一、准备

1、现场调查

a、地表勘察：地形勘察应精确地描述施工活动工作地区的情况，必须建立水平和垂直坐标，用于参考水文和土木数据，标准的勘察应包括从中心线展开，从接近入土点45m到出土点穿越长度、倾斜坡度的地形剖面图，测量线也应标出穿越段附近地区的地形、地势情况。

对于重要的水道，要求精确的描述河底的地形轮廓，标准应包括上、下游60m范围水深的读数。

b、地下勘察

对于穿越河流的底下勘察应包含有：判定穿越路线底下材料的特征和工程性质，包括现存的地质资料，官方调查报告及通过现场采样，现场具体数据的汇总及地下障碍物的位置分布。

根据地质勘察和设计要求，确定穿越入、出土角和绘制穿越曲线。

2、施工场地

a、钻机场地：钻机场地最小面积为30m宽、45m长（就DD-330钻机而言）。地面应平整、坚实，能够足以承受钻机等重型设备。场地内设备的安放、布置要合理，方便施工。另外，附近最好有水源。布置示如下图：

b、管子（焊接）场地：该场地的首要问题是足够长，可以组焊管线。从出土点后30m左右沿穿越中心线往后开始组焊管线达到设计长度，出土点同样需要30m宽、45m长的作业场地。

二、穿越施工工艺

1、钻导向孔

按照入土角或曲率半径设计的曲线开始钻导向孔，技术示意如图。钻

进过程中方向的控制是通过钻头后面锰乃管上一个小角度来完成的，要求改变方向时，旋转停下来，钻头转到合适的角度后，在钻头、钻杆不转动的情况下朝前推进，相对斜面的作用力通过钻头改变方向，当钻杆按预定线路校正完毕，钻孔过程恢复，钻进轨迹是通过锰乃管里的一个电包来监控的。这个电包能测定钻杆和地磁场的联系以及地磁场的倾角，这些数据通过电缆回送到地面设备中，经过计算处理就反应出了钻头的所在位置。

2、预扩孔

导向孔完成后，必须扩大导向孔到一定的半径以满足敷设管线的要求。例如：如果要敷设36寸的管线，这个孔要扩到48寸或更大。在对岸将扩孔器连在钻杆上并逐渐拖进导向孔中，伴随着泥浆的大量泵入，来固孔并带出钻屑。

3、管线回拖

当孔扩大到要求的直径，并且管线在对岸已经预制好，就开始回拖管线。扩孔器一端连接着钻杆，另一端借助旋转接头与管线拖头相连，在钻

杆和扩孔器旋转时，因为旋转接头的作用，管线不转。之后，钻机开始回拖操作：旋转并回拖钻杆，同时，泵入大量的钻井泥浆。回拖过程持续到扩孔器和管子头在钻机场地破土而出为止。

三、钻井泥浆工艺

1、泥浆的作用：减小摩擦力，从而减小扭矩，冲洗和携带钻屑，固孔。

2、泥浆是在水中，按一定的顺序加入一定量的钠土、无机盐和有机物经充分搅拌而成的胶体溶液，不同的地层对泥浆的性能要求也不同，因此，加入的成分及含量也不一样；但水是泥浆的主要组成部分。泥浆的主要原料是：膨润土、纯碱、提粘剂、降失水剂等物质。膨润土是天然矿物经研磨而成，颗粒大多数小于2μm，其主要化学成分是铝硅酸盐。泥浆的泵入过程是：由罐群配好泥浆后注入泥浆主罐经高压泥浆泵泵入钻杆内，再经钻头的喷嘴喷射而出，从环空或孔中携泥沙流回地面。

3、废钻井液的处理：虽然膨润土和聚合物这类泥浆不属危害性废品，在野外可就地排放，但在城市和环保要求严格的地方，因其外貌颜色而排放受到控制。然而，可用固控设备加以处理后重复使用。